宝钢某热镀锌机组入口夹送辊辊面损伤原因分析及改进

分析及改进张俊峰，郭守春(宝钢工程技术集团有限公司，上海201900)摘 要：本论文主要解决宝钢股份某热镀锌机组矫直机上夹送辐辐面损伤的问题。简要介绍了夹送

矫直机的基本结构和工作原理，通过对夹送辐上辐面损伤一系列数据进行现场测绘和金相分析，辐子表 面损伤的主要原因为辐子在使用过程中局部受到热冲击或者卡钢、粘钢使辐面局部组织发生了变化，组

织应力导致辐面产生微小裂纹，继续使用过程中，裂纹扩展导致出现闭环状的裂纹缺陷。而导致卡钢、 粘钢的主要原因，既与辐面硬度和带钢硬度差的原因有关，也与开卷时开卷机反向张力过大、夹送辐高

负载工况下辐子打滑有关。本文对辐子结构进行改进，采用空芯辐，辐筒内壁进行车削，辐面采用聚氨 酯；优化开卷机开卷时候的反向张力，减少开卷时各夹送辐马达负载，避免辐子打滑现象。改进后，夹 送辐辐面损伤的问题得以很好的解决，提高了热镀锌机组夹送矫直机的稳定性和可靠性。关键词：夹送辐；辐面损伤；金相分析；裂纹缺陷；反向张力中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1001 -196X(2019)03 -0078 -05Cause analysis and improvement on roll surface damage of inlet pinch roller

of a hot galvanizing umt in BaosteelZHANG Jun-feny， GUO Shou-chun(Baosteel Engineering & Technology Group Co.，Ltd.，Shanghai 201900 )Abstract: This paper mainly solves the problem of pinch roll suWace damage of a hot dip galvanizing straighte­

ner und in Baosteel. The basic structure and working principle of pinch Sraightener are briefly introduced.Through on-site mapping and 1618X0X10^0 analysis of a series of roll suWace damage data on pinch roll，the main cause of roll suOace damage is that the roll suOace is partially impacted by thermal shock or the local

structure of roll suOaco is changed by sticking steel or sticking steel. The structural stress leads to micro-cracks on roll suOaco and continues to be used. During the process，crack propagation results in a closed-loop crack

defect. The main causes of steel sticking and sticking are not only related to the poor hardness of roll suOace

and strip steel，but aUe related to the excessive reverse tension of Uncoiler and roll slippage under high load

condition of pinch roll. Improvement measures are as follows: Improving the structure of rollers，using hoUow rollers，turning the inner wall of rollers and polyurethane roll suOace ； Optimizing the reverse tension of Uncoiler when uncoiling，reducing the load of each pinch roll motor when uncoiling， avoiding the phenomenon of roll

slippage. After improvement，the problem of roll suOace damage of pinch roll can be well solved，and the sta-

bilitu and reliabnitu of pinch straightener of hot galvanizing unit are improved.Keywords: pinch roller； roll suOace damage； 161/0x10^0 analysis； crack defect； reverse tension0前言收稿日期：2019 -03 -08 &修订日期：2019 -04 -16作者简介：张俊峰(1981-)，男，硕士，高级工程师，现供职

于宝钢工程技术集团有限公司％宝钢股份某热镀锌机组于2015年11月底热

负荷试车成功进入生产阶段，工艺技术由宝钢自

主集成。投产后发现夹送辊上辊辊面损伤，辊面

2019 No. 3重型机械-79 -磨削后表面着色探伤有裂纹，辊面回火裂纹扩展 延伸。现场立即由设备方成立问题应急处理小

组，通过对C101及C401机组进行横向比对， 同样的辊子图纸，另外两条机组使用过程中未遇

到类似问题，通过对国内同行某钢厂酸洗机组使

用跟踪情况也未发现类似问题。1机组生产能力及故障该热镀锌机组原料包括冷轧板0.75 -

3.0 mm/热轧板1. 0 ~ 3. 0 mm，成品包括冷轧板

图3辐面回火裂纹扩展延伸0. 8~3. 0 mm/热轧板1.0~3.0mm,轧硬卷抗拉

强度$Mc为1 250 MPa，机组同时具有镀锌！ GI） 和镀铝硅能力，设计年产能力38万吨。入口段 双开卷，设置有1#2#夹送矫直机，其中夹送辊

为实心钢辊，上辊通过球笼联轴器传动，机组投

产2个月后，生产方提出异议，两个矫直机夹送 辊上辊辊面均有划伤痕迹，如图1所示，辊身粘

钢，造成带钢上表面划伤和压痕严重，设备方利 用月定修期间返宝钢机加厂辊身磨削，磨削过程

中辊面开裂，着色探伤有不明深度裂纹，如图2 所示，计划1#辊辊身直径由400 mm加工减少为 300 mm，原始裂纹在回火过程中扩展延伸，辊

身报废，如图3所示。图1夹送辐上辐辐面损伤图2辐面磨削后表面着色探伤有裂纹2矫直机夹送辊结构及工作原理夹送基本结构如图 4 所示， 夹送矫直机主要 用于钢卷开带头和甩尾过程中板形处理，矫直机

由开头装置、保护挡板、夹送辊、矫直辊、托辊

以及配套的稀油润滑站、液压阀台等组成。开卷 模式下，保护挡板收回，开头装置将带头夹送至

夹送辊处，夹送辊和矫直机上辊同时压下，将带

头夹送通过矫直辊（上辊插入量根据程序自动预

调整好），入口开卷机、夹送矫直机区域成组联

动，将带头夹送至入口剪进行剪切，带头继续前

进至激光焊机与前卷带尾焊接，机组入口段建张

运行，矫直机及夹送辊上辊打开，小托辊抬起, 开头装置下降，保护挡板伸出。甩尾模式下，矫

直机及夹送辊上辊压下，入口剪开始剪切超厚料 及板型超差料，待全部剪切完成后，夹送辊及矫

直机打开，为下一卷开带头做准备。由开卷模式 及甩尾模式来看，矫直机夹送辊主要用于开带头

和甩带尾，机组建张运行时，夹送辊上辊是打开

的，可见其主要辊面损伤发生在开带头或者甩带 尾，或者兼而有之。图4夹送矫直机的基本结构・80・重型机械2019 No.33夹送辊上辊辊面损伤原因分析如图5所示为上压辊(夹送辊上辊为传动辊, 下辊为非传动辊)结构示意图，该辊规格为

已经发生了明显的大幅下降，硬度检测数值最低 达到43 HSD左右，范围偏差在43~76HSD；可

以初步推测在圆形裂纹中部区域该辊硬度发生陡

变，一般来说局部硬度的降低可能是局部区域发

生了二次回火现象，局部的二次回火有可能伴随 热冲击裂纹产生，因此对轧辊进行进一步磁粉探

!400 mm X 2 000/2 800 mm,材质为 9Cr2Mo,车昆 面技术要求淬火硬度61 ~65HRC(91 -96HSD),

深度!10 mm,其余调质硬度42 -50HSD。生产 伤，结果如图8所示。方反馈，带钢上表面发现异常印记遂换辊，换辊 后发往宝钢机加厂进行磨削，磨削后发现辊面距

传动侧端面700 mm处表面出现圆形裂纹，开裂

位置及形貌如图6所示。WE0------------

图5上压辐结构示意图图6开裂位置及形貌图3- 1失效分析如图6所示，开裂位置位于辊身中部距离传动

侧700 - 800 mm范围内，裂纹形貌呈现规则的圆周

形貌，裂纹周边未见其余异常现象光滑平整，这种

裂纹为脆性开裂，进一步对该辊开裂区域周边及辊 面其余部位进行硬度检测，结果如图7所示。图 7 开裂区域周边硬度检测结果现场硬度检测显示，在裂纹外部的正常区 域，辊面硬度在92~94 HSD之间，符合产品的

技术要求并且硬度均匀，而在开裂位置内部硬度图8开裂区域及周边磁粉检测结果

如图 8 所示， 经过磁粉探伤检测发现除了之

前肉眼可见的圆形裂纹，在这个形状中部出现了 许多其他的微裂纹，这些微裂纹的形貌特征主要

呈现为轴向及纵向交织，形似织网，其形貌特征

是与典型热冲击裂纹特征相吻合，结合上述硬度

检测结果已经可以推断，该辊局部区域发生了热

冲击事故，导致局部区域产生瞬时高温超过产品

回火温度发生二次回火导致组织发生转变从而硬

度降低，同时局部组织的转变也导致了局部体积

的收缩从而使得轧辊表面应力状态发生巨大变

化，在发生热冲击区域的周边形成脆性开裂。进一步观察中部区域热裂纹的形貌特征，在

裂纹边缘区域有不规则形貌的闭合特征，热裂纹

多处在此线条上产生，热裂纹产生区域对应的是 热冲击较大区域，推测热冲击的产生可能与较大 的形貌规则的物体突然卷入传输系统有关。3.2小组技术讨论轧辊产品根据技术要求，采取不同的加工制

造参数而得到不同的硬度、韧性及应力分布。随

着技术要求硬度的提高，相应的回火温度会降 低，辊身表面的应力则逐步增强，塑韧性则逐步

降低。冷轧工作辊要求辊面硬度较高，通常都在 90 HSD以上，对应的的制造回火温度在100 -

200 l之间。当冷轧工作辊辊面局部突然受到高温超过了

轧辊制造时的回火温度发生了二次回火现象，轧2019 No.3重型机械-81 -辊表面遭受热冲击后发生组织转变，原有的晶体

结构发生了变化，从铁素体基体中析出了 C原 子形成了更多的二次碳化物，而正常部位组织仍 为回火马氏体加点、粒状碳化物。局部组织转变 导致表面局部体积发生变化，从而破坏了原本工

作辊表面高压应力的状态，受冲击区域应力巨大

变化产生局部拉应力从而萌生微裂纹，热裂纹表

面扩展呈网状。热影响裂纹的产生及扩展大致过 程如图9所示。图9热影响裂纹的产生及扩展轧辊遭受局部热冲击是冷轧工作辊辊面失效

较为常见的失效方式，使用维护过程中大块硬异 物的卷入、粘钢、打滑、磨削烧伤等都可能引发

辊面遭受局部热冲击。3.3宏观缺陷低倍组织检验辊身表面出现一闭环状的裂纹，尺寸大小约

60 mm X 60 mm，对辊身裂纹缺陷部位用4%硝

酸酒精进行冷侵蚀，侵蚀后缺陷形貌如图10所

示，裂纹缺陷辊面出现明显的变质回火层。图10缺陷部位低倍组织形貌3- 4 金相分析检验在辊身裂纹缺陷部位以及无裂纹部位取样进

行金相组织检验，裂纹缺陷组织：出现异常组

织，且组织形态各异，有黑白层组织，白亮层内

组织有微裂纹，有枝晶状以及花斑状的粗大组

织，组织形貌如图11、图12所示。无裂纹正常 部位组织为颗粒状碳化物和马氏体，组织形貌如

图13所示。图11缺陷部位金相组织50 X图12缺陷部位金相组织500 X图 13 正常部位金相组织 500 X3- 5 辊面损伤原因从分析可知，辊子表面损伤的主要原因为辊

子在使用过程中局部受到热冲击或者卡钢、 粘钢 使辊面局部组织发生了变化，组织应力导致辊面

产生微小裂纹， 继续使用过程中， 裂纹扩展导致

出现闭环状的裂纹缺陷。而导致卡钢、粘钢的主

要原因，一方面由于辊面硬度和带钢硬度差过大 造成，另一方面由于开卷时开卷机反向张力过 大，夹送辊高负载工况下，辊子打滑造成的。・82・重型机械2019 No. 34辊子后续改进措施结合现场使用工况，采取改进措施如下: ①对辊子结构进行改进，采用空芯辊，辊筒内壁

远来看，通过不断地改进和优化矫直机及夹送

辊，其在冷轧处理线中，将发挥越来越重要的

作用。参考文献：[1] 何经南，王普.冷轧带钢生产工艺及设备[M].北

进行车削，保证粗糙度Ra \"3.2 (m,并采用辊

子轴头、辊身分别做平衡再组装磨削辊面的方式 保证整个辊子的平衡要求，辊面采用聚氨酯，聚

氨酯层厚度15 mm，具体参数如图14所示；②

[2]

京：化学工业出版社，2015： 251 -252.余军，徐成，海宁.宝钢某电镀锌压辊断辊原因分 析与改进[J].宝钢技术，2014 ( 04)，73 -76.徐灏主编.机械设计手册[M].北京：机械工业 优化开卷机开卷时候的反向张力，优化后的开卷

[3]

机反向张力及相关各个辊子负载参数如表1

所示。32翌聚氨85 ± 5 shore A最大工抗拉强度作脂温度负荷8()贮 45N/mm2 80N/mm2图14改进后的辐身结构图表1开卷机张力及辊子负载比较表设备开卷张力矫直机夹送辊剪前夹送辊马达功率/kW180377.5程序优化前/%-120150180是否过载过载过载过载程序优化后/%-1010〜2040 ~80是否过载不过载不过载不过载以上改进措施完成后，辊面损伤问题彻底解

决。经过后续2年多的生产跟踪，不但解决了矫

直机夹送辊频繁发生的辊面卡钢、黏钢和辊面开

裂的问题， 同时解决了开卷过程中， 矫直机夹送 辊、入口剪夹送辊等负载过大，马达频繁报警跳

电的问题。5 结论夹送矫直机是冷轧处理线入口段的关键设

备，特别是处理一些厚(硬)规格冷轧、热轧来 料时，可以有效地改善带头、带尾的板形。在设

计过程中，应充分考虑夹送辊的使用工况和来料 带钢材质的变化，适当地选择辊型。通常情况

下，对于热轧来料，可以选择全钢辊，对于冷轧

热轧交替来料，选择聚氨酯包胶辊比较合理。长

出版社，2010： 4-52.[4]

鄢国强.材料质量检测与分析技术[M].北京: 中国计量出版社，2005： 65.[5] 伍晓勇.国产A508 - 3钢中子辐照脆化效应研究

[D].成都：四川大学，2005： 3 -6.[6]

王传雅.钢的亚温处理-临界区双相组织超细化 强韧化理论及工艺[M].北京：中国铁道出版社,

2003： 14-31.[7] 吴俊.热处理对A508 -3显微组织和力学性能的影 响[D].成都：四川大学，2005 ： 3-6.[8] 何小丽，刘巨双.薄带钢轧制过程中辐端压靠问 题与辐型技术[J].钢铁，2018, 53(01)： 94.[9]

杜国强，袁文振，张宝平，等.连续退火机组带 钢板形翘曲控制[J].中国冶金，2016, 26

(12)： 44.[10] 管奔，臧勇，曲为壮.辊式矫直过程应力演变及

其对反弯特性的影响[J].机械工程学报，2012,

48(02)： 81.[11]

张清东，戴杰涛.带钢板形翘曲变形行为的仿真[J].北京科技大学学报，2011, 33(08) : 106.[12]

张京诚.辐式矫直机传动封闭力矩的形成与消减[J].有色金属加工，2018, 47(04) : 43 -45.[13] 崔振铎主编.金属材料及热处理[M].长沙：中

南大学出版社，2017： 82 -84.